一氧化氮生物系統(tǒng)及其藥理學(xué)作用-2015-10-8

1、一氧化氮生物系統(tǒng)及其藥理學(xué)作用,周四桂廣東藥學(xué)院 藥理系,1,以前的認(rèn)識(shí)： NO是一種大氣污染物，是吸煙、汽車(chē)尾氣及垃圾燃燒等釋放出的有害氣體，可破壞臭氧層導(dǎo)致酸雨、甚至致癌，它還曾作為化學(xué)毒劑應(yīng)用于戰(zhàn)爭(zhēng)。,一氧化氮是什么？,2,現(xiàn)在的認(rèn)識(shí)： NO是機(jī)體內(nèi)一種作用廣泛而性質(zhì)獨(dú)特的信號(hào)分子，在神經(jīng)細(xì)胞間的信息交流與傳遞、血壓恒定的維持、免疫系統(tǒng)的宿主防御反應(yīng)等方面，都起著十分重要的作用，并參與機(jī)體多種疾病的發(fā)生和

2、發(fā)展過(guò)程。,3,一氧化氮（NO）是具有高度反應(yīng)性的自由基，在體內(nèi)經(jīng)NO合酶催化，從L-精氨酸產(chǎn)生。NO作為細(xì)胞信使，介導(dǎo)cGMP生成的增加，發(fā)揮生物學(xué)作用。,4,一、NO的生物學(xué)特性,（一）NO的生成,5,（二）NO的代謝很快被氧化代謝，半衰期3～5s，故僅限于局部發(fā)揮作用。代謝產(chǎn)物為硝酸根和亞硝酸根。NO還可與亞鐵血紅素和-SH鍵結(jié)合而失活。,6,NOS的生物學(xué)特點(diǎn),分類①內(nèi)皮型（endothelial NOS，eNOS），

3、又稱Ⅲ型NOS、NOS-3，主要存在于血管內(nèi)皮細(xì)胞、血小板、心肌內(nèi)膜及腦和神經(jīng)組織中。,擴(kuò)張血管，保護(hù)內(nèi)皮,7,②神經(jīng)元型（neuronal NOS，nNOS），又稱I型NOS、NOSL-1，主要存在于腦、脊髓和外周非腎上腺素非膽堿（NANC）能神經(jīng)，當(dāng)相應(yīng)神經(jīng)元需要時(shí)，催化產(chǎn)生極微量的NO。,神經(jīng)細(xì)胞損傷,8,③誘生型NOS （inducible NOS，iNOS），又稱Ⅱ型NOS、NOS-2，存在于除神經(jīng)元外的多種組織中，正常情況下

4、不表達(dá)，但在炎癥和免疫反應(yīng)剌激下，iNOS mRNA被誘導(dǎo)表達(dá)。,促進(jìn)炎癥反應(yīng),9,一氧化氮與1998年諾貝爾生理/醫(yī)學(xué)獎(jiǎng),諾貝爾（獎(jiǎng)）與硝酸甘油？,10,一氧化氮與1998年諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng),,Robert F. Furchgott 佛契哥特,Louis J. Ignarro 伊格納羅,Ferid Murad 慕拉德,獲獎(jiǎng)理由：發(fā)現(xiàn)NO是心血管系統(tǒng)的重要信號(hào)分子,11,評(píng)審團(tuán)表示：“這是首度發(fā)現(xiàn)一種氣體可在人

5、體中成為信號(hào)分子?！?2005年8月，著名小品演員高秀敏在長(zhǎng)春家中去世，死因?yàn)橥话l(fā)性心臟??；2006年12月，著名相聲藝術(shù)大師馬季在北京家中突發(fā)心臟病去世；2007年6月23日，59歲的相聲大師侯耀文心臟病突發(fā)，猝然辭世……心臟病，已成為威脅現(xiàn)代中老年人的一大健康隱患。,硝酸甘油的兩重性,1864年,諾貝爾以三硝酸甘油酯 (硝化甘油)及硅藻士制造出安全炸藥。安全炸藥的工業(yè)化生產(chǎn)給諾貝爾帶來(lái)了榮譽(yù)和金錢(qián)，使他得意創(chuàng)立科學(xué)界的最高獎(jiǎng)項(xiàng)--

6、-諾貝爾獎(jiǎng)。 而當(dāng)時(shí)他患有嚴(yán)重的胸痛即心絞痛時(shí)，醫(yī)生讓他用含“硝酸甘油”的藥，遭到他激烈地反對(duì)，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中他發(fā)現(xiàn)吸入硝酸甘油蒸氣會(huì)引起劇烈的血管性頭痛！    他給同事留言：“醫(yī)生給我開(kāi)的藥竟是硝酸甘油，難道這不是對(duì)我一生巨大的諷刺嗎？”    其實(shí)，這并非是諷刺?？茖W(xué)家在后來(lái)的研究中發(fā)現(xiàn)：硝酸甘油能舒張血管平滑肌，從而擴(kuò)張血管。,硝酸甘油

7、可以有效地緩解心絞痛,但它的作用機(jī)理困擾了醫(yī)學(xué)家、藥理學(xué)家百余年。直到1980年代，這一謎團(tuán)被美國(guó)的伊格納羅博士和其他兩位藥理學(xué)家（慕拉德和佛契哥特）破譯——硝酸甘油及其他硝酸脂通過(guò)釋放一氧化氮?dú)怏w(NO)而舒張血管平滑肌，從而擴(kuò)張血管。,硝酸甘油為什么能治心臟??？,14,震驚世界的應(yīng)用諾貝爾技術(shù)一氧化氮（NO）造就諾貝爾旋風(fēng),3位科學(xué)家的論文發(fā)表后，一氧化氮(NO)的旋風(fēng)襲卷未來(lái)的預(yù)防醫(yī)學(xué)，造福人類于「心腦血管及神經(jīng)系統(tǒng)」的多種疾

8、病新一代的健康利器。1980年以來(lái)，關(guān)于一氧化氮(NO)，已出現(xiàn)超越10000份以上的研究論文。 1992年，一氧化氮(NO)被美國(guó)科學(xué)雜志推舉為“本年度明星分子”。,,15,一氧化氮生理功能的發(fā)現(xiàn)過(guò)程,◆自七十年代起，美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)的慕拉德教授及合作者系統(tǒng)研究了硝酸甘油及其它具有擴(kuò)張血管活性的有機(jī)硝酸酯的藥理作用。 發(fā)現(xiàn)這類有機(jī)硝酸酯具有一個(gè)共同點(diǎn)： ①在體內(nèi)都能代謝為一氧化氮； ②都能使組織內(nèi)cGMP、cAM

9、P等第二信使的濃度升高； NO可能是一種對(duì)血流具有調(diào)節(jié)作用的信使分子？ 但當(dāng)時(shí)這一推測(cè)缺乏直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。,16,與此同時(shí)，紐約州立大學(xué)的佛契哥特教授在研究Ach等物質(zhì)對(duì)血管的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)在相近的實(shí)驗(yàn)條件下，同一種物質(zhì)有時(shí)使血管擴(kuò)張，有時(shí)對(duì)血管沒(méi)有明顯的作用，有時(shí)甚至使血管收縮。佛契哥特及合作者對(duì)此作了深入地研究，他們?cè)?980年發(fā)現(xiàn)ACh對(duì)血管的作用與血管內(nèi)皮細(xì)胞是否完整有關(guān)：Ach僅能引起內(nèi)皮細(xì)

10、胞完整的血管擴(kuò)張。,EC-dependent?,17,Endothelium-derived relaxing factor－ NO 內(nèi)皮衍生舒張因子－一氧化氮（NO）,18,EDRF (endothelium－derived relaxing factor),由此佛契哥特推測(cè)內(nèi)皮細(xì)胞在Ach的作用下產(chǎn)生了一種新的信使分子，這種信使分子作用于平滑肌細(xì)胞，使血管平滑肌細(xì)胞舒張，從而擴(kuò)張血管，佛契哥特將這種未知的信使分子命名為內(nèi)

11、皮衍生舒張因子(endothelium－derived relaxing factor, EDRF)。,19,◆長(zhǎng)期研究亞硝基化合物藥理作用的伊格納羅教授與佛契哥特教授合作，針對(duì)EDRF的藥理作用以及化學(xué)本質(zhì)進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)EDRF與NO及許多亞硝基化合物一樣能夠激活可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶(soluble guanylate cyclase, sGC)、增加組織中的cGMP水平。◆伊格納羅教授與佛契哥特教授在1986年作出了大膽的

12、推測(cè)：EDRF是NO或與NO密切相關(guān)的某種(某類)化合物?！暨@篇摘要立即在藥理學(xué)界引起了轟動(dòng)，隨后(1987年)英國(guó)科學(xué)家Salvador Moncada(蒙卡達(dá))及其合作者通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明EDRF就是NO。,20,GC-cGMP-PKG信號(hào)途徑,21,22,,23,24,25,,NO系統(tǒng)圖解,Schematic representation of the influences of NO/cGMP/PKG on Ang II–medi

13、ated smooth muscle constriction.,27,陰莖勃起生理,大腦或陰莖局部接受性刺激→下丘腦/骶髓低級(jí)中樞發(fā)出沖動(dòng)→傳至陰莖海綿體→副交感神經(jīng)末梢及VEC合成釋放NO↑→進(jìn)入SMC→激活鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶→cGMP↑→激活PKG→作用于鈣離子通道→胞內(nèi)〔Ca2＋〕↓→平滑肌細(xì)胞舒張,一氧化氮：里程碑式的奇跡——勃起功能障礙和一氧化氮（一）,大多數(shù)患者陽(yáng)痿的原因是器質(zhì)性的而不是心理性的——病因常常是血管問(wèn)題。,28,

14、一氧化氮：里程碑式的奇跡——勃起功能障礙和一氧化氮（二）,多么令人振奮！　　“我是一名34歲男性，患有輕度勃起功能障礙。為了預(yù)防心臟病，我開(kāi)始一氧化氮療法。不久，我發(fā)現(xiàn)我的性生活改善了。在促一氧化氮治療后3周，我的勃起功能明顯改善，4個(gè)月后已經(jīng)完全正常。在預(yù)防心臟病的同時(shí)還出現(xiàn)了這么驚人的結(jié)果，真令人驚奇！”Jerry, 34, Atlantic City,29,30,陰莖海綿體平滑肌內(nèi)的cGMP由5型磷酸二酯酶(phospho

15、diesterase type5, PDE5)降解，而此作用可被藥物西地那非（萬(wàn)艾可）特異性地抑制，從而防止NO引發(fā)的細(xì)胞內(nèi)cGMP信號(hào)快速消失，維持海綿體平滑肌細(xì)胞舒張、增加血流量。,31,cGMP的合成和降解,,GTP,GC,cGMP,PDE5,Ca2+ /Mg2+,5´- GMP,,,PPi,H2O,PDE 5 主要分布在海綿體組織及血小板中,以cGMP 為特異性底物。,32,-,,,33,西地那非 (Sildenafi

16、l),一氧化氮對(duì)機(jī)體生理的作用,34,1. 維持血管平滑肌緊張度,3.控制血管有關(guān)的血流動(dòng)力學(xué)特性,2.調(diào)節(jié)離子通道開(kāi)放,4.抑制心肌收縮力,5.對(duì)心肌細(xì)胞凋亡的調(diào)控,6. 抑制血小板聚集和粘附,7. 抑制血細(xì)胞黏附,8. 調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞增生,9. 促進(jìn)血管增生,10. 清除氧自由基,35,NO產(chǎn)生不足會(huì)影響心血管系統(tǒng)的正常功能，但另一方面，過(guò)量的NO又會(huì)導(dǎo)致心臟損傷。◆在心肌缺氧條件下，eNOS水平代償性地增加，從而增加NO的

17、產(chǎn)生，NO繼而松弛血管，改善心臟供血；◆但同時(shí)NO又與IRI過(guò)程中生成的超氧陰離子自由基協(xié)同損傷心肌。 在這一病理生理?xiàng)l件下，NO呈現(xiàn)出典型的“雙刃劍”效應(yīng)，既具有保護(hù)作用，又能引起損傷。,36,NO的生理及病理作用仍然有許多問(wèn)題有待更加深入地研究。進(jìn)一步研究NO的生理功能及病理作用，必將使人類加深對(duì)許多生理現(xiàn)象以及疾病本質(zhì)的了解，并為設(shè)計(jì)、合成治療有關(guān)疾病的新藥指明方向。,magic gas molecule!,NO

18、----,37,NO供體的臨床應(yīng)用前景,NO供體是指具有能釋放NO的不同結(jié)構(gòu)的化合物。NO對(duì)心血管系統(tǒng)及神經(jīng)系統(tǒng)的作用，具有廣泛的醫(yī)用價(jià)值及開(kāi)發(fā)前景。由于NO在體內(nèi)半衰期極短，僅數(shù)秒鐘，一般僅起局部作用；而且，吸入NO給藥的途徑不方便。故開(kāi)發(fā)有臨床實(shí)用價(jià)值的NO供體，既可作為一種NO體內(nèi)的運(yùn)輸形式，又可作為一種貯存形式，明顯延長(zhǎng)半衰期?，F(xiàn)已有幾類不同結(jié)構(gòu)的NO供體用于臨床，在治療多種疾病中起重要作用。,硝普鈉,脈導(dǎo)敏,S-亞硝基谷光甘

19、肽：用于臨床防止驚厥以及阻止血小板凝集。,硝酸甘油，硝酸異山梨酯，亞硝酸異戊酯,一氧化氮供體藥物的研究進(jìn)展與應(yīng)用前景,◆抗增生◆抗血小板聚集◆參與免疫調(diào)節(jié)◆IRI中扮演重要角色◆ NO供體藥物在心血管疾病、陽(yáng)痿和妊高征的治療中占重要地位,并可望成為急性胰腺炎和白血病的治療藥物之一。,40,環(huán)氧酶(COX)為前列腺素合成酶COX-1：結(jié)構(gòu)型，主要存在于血管、胃、腎等組織中，有調(diào)節(jié)血小板功能，保護(hù)胃粘膜,調(diào)節(jié)腎血流量分布等作用

20、COX-2：誘導(dǎo)型，各種理化和生物致病因子可以誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)細(xì)胞COX2表達(dá)，增加PGs合成,41,42,研究表明, NO 供體(即擁有釋放NO 能力的分子或基團(tuán))與NSA ID 偶聯(lián)生成的一氧化氮供體非甾體類抗炎藥(NO-NSA ID )具有降低NSA ID 的不良反應(yīng)(如胃腸道及心血管不良反應(yīng))和增加NSA ID 療效(鎮(zhèn)痛、抗炎作用增強(qiáng)) 的特點(diǎn)。在胃腸道易受NSA IDs損傷的部位釋放NO, 從而保護(hù)胃腸道粘膜。,NO 供體型非

21、甾體抗炎藥(NO-NSAIDs),NO-NSAIDs的開(kāi)發(fā)是NSAIDs的重大進(jìn)展。,43,一氧化氮供體藥物,◆NCx-401，化學(xué)名為2-(乙酰氧基)苯甲酸3-(硝基氧甲基)苯酯，系法國(guó)NicOx公司研發(fā)的一氧化氮供體藥物，可用于預(yù)防和治療周?chē)鷦?dòng)脈閉塞性疾病(PADO)，已完成II期臨床研究?！舯酒穼?duì)COX的抑制作用與阿司匹林相似，但無(wú)后 者的胃腸道不良反應(yīng)?！裟茱@著增強(qiáng)糖尿病患者對(duì)胰島素的敏感程度，可作為胰島素增敏劑